蓄电设计指南041214.docx
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蓄电设计指南041214
奇瑞汽车有限公司
电子电器部设计指南
编制：
审核：
批准：
1、蓄电池简要说明
1.1系统综述
铅酸蓄电池：
是由稀硫酸做电解液，用二氧化铅和铅分别做为电池的正极和负极的一种酸性蓄电池。
蓄电池的主要作用：
是给起动系统提供电源、吸收瞬变过电压及在发电机不工作时为辅助用电器供电。
蓄电池的正极活性物质是二氧化铅（PbO2）,负极活性物质是金属铅（Pb），导电介质稀硫酸（电解液），在蓄电池充放电过程中，正负极将发生下列反应，将电能转变成化学能贮存在电池中或将化学能转变成电能提供给外界。
负极反应：
放电
PbO2+
Pb+2HSO42PbSO4+2H2O
充电
放电：
H2SO4浓度下降，正负极上的PbSO4增加，内阻增大，电解液浓度下降，电池的电动势降低。
充电：
电解液浓度增加，内阻减少，蓄电池电动势升高，充电后期由于水的电解，将有大量气泡产生。
1.2适用范围
本设计指南适用于奇瑞公司所有车型的免维护蓄电池的设计开发
参考标准和相关文件：
Q/SQR04.075汽车用铅酸蓄电池
GB/T10052起动用铅酸蓄电池技术条件
JB/T10052铅酸蓄电池用电解液
1.3蓄电池结构
蓄电池的结构：
为方便汽车用蓄电池，一般把6个单格蓄电池串接，并做成一只蓄电池总成，其单格电压为2V，蓄电池总成为12V。
单格蓄电池主要是由极板、隔板、壳体、电极及电解液等组成
1、 极板
蓄电池的极板分正极板和负极板两种，正负极板由板栅和活性物质构成，它的作用是：
支承活性物质；传导电流
2、 隔板
隔板是由微孔橡胶、塑料玻璃纤维等材料制成，它的主要作用是：
防止正负极板短路；使解液是正负离子顺利通过；减缓正负极板活性物质的脱落
3、 电解液
电解液是蓄电池的重要组成部分，它的作用是：
传导电流；参加电化学反应。
电解液是由浓硫酸和净化水配成的，电解液的纯度和密度对电池的容量和寿命有重要影响。
电解液密度大一些可以降低结冰的温度，并可提高蓄电池的容量，但过大时，电解液的粘度变大，会使流动性变差，反而容量会减小。
电解液比重应随地区和气候条件而定，可以参照下表：
气候条件
全充电蓄电池15℃时电解液比重
冬季夏季
冬季低于-40℃地区
1.3101.250
冬季高于-40℃地区
1.2901.250
冬季高于-30℃地区
1.2801.250
冬季高于-20℃地区
1.2701.240
冬季高于0℃地区
1.2401.240
2、设计构想
2.1设计原则
由于蓄电池由专门的厂家提供，并且有成熟的产品和技术，因此我们主要工作是确定与整车匹配的相关技术条件，提交给厂家，由他们根据我们的要求来开发新的蓄电池或者选择现有的产品。
在选用时应最大限度的继承厂家现生产或已确定开发状态的产品。
如果有特殊情况，现有产品不能满足法规要求，则重新开发。
2.1.1蓄电池功能要求
蓄电池最主要功能是保证发动机的起动性能。
2.1.2顾客要求
在任何时候都能起动，因此可靠性是顾客最根本的需求。
2.1.3性能要求
1、储备容量
蓄电池储备容量按下述条件进行试验，测量蓄电池放电到规定的终止电压的时间。
试验条件如下：
放电开始时间：
完全充电后在25℃±2℃地环境中静置1h；
蓄电池放置在温度为25℃±2℃的恒温水浴中试验（液面高度为距电池大盖上沿不得低于25mm）；
放电电流：
25A；
放电终止电压：
10.5V。
试验时，可以进行3次试验，至少有一次达到额定储备容量的98%以上。
2、低温起动能力
2.1、-18℃起动能力
进行该项试验时，应先进行储备容量试验。
试验条件如下：
1——放电开始时间：
蓄电池完全充电后在－18℃±1℃的环境中静置16h~24h；
放电至10S，30S，60S，75S时，端电压应符合表1规定。
表1
放电时间S
10
30
60
75
端电压
≥9.1
≥8.9
≥8.4
≥7.2
2.2、-30℃起动能力
当蓄电池按试验条件如下：
2——放电开始时间：
蓄电池完全充电后在－30℃±1℃的环境中静置16h~24h；
放电至10S，30S时，端电压应符合表2规定。
表2
放电时间S
10
30
端电压V
≥8.1
≥7.2
3、充电接受能力
蓄电池按下述条件进行充电接受能力试验，测量充电开始经过10min时的电流值应不低于低温起动电流的值的6%。
试验条件如下：
3——试验前蓄电池的状态：
对蓄电池进行充电，充电结束后，蓄电池在常温下，以5h率电流放电2.5h，然后在环境温度为0℃±1℃条件下，静置20～24h以上；
充电电压：
蓄电池端电压保持在14.4V±0.1V
4、耐温变性能
蓄电池在下述温度下进行5次循环：
a）80±2℃放置8小时。
b）-30±2℃放置16小时。
蓄电池在一种温度换至另一种温度的时间间隔应小于30s。
经受5次循环后，蓄电池不应出现电解液渗漏现象。
5、蓄电池槽的耐腐蚀性能
蓄电池依次浸入有关技术协议规定的液体中1小时，蓄电池不应有电破坏及外观的损坏。
6、耐振动性能
将蓄电池完全充电，调整电解液的均匀性（即对蓄电池进行绕纵轴5min的摇摆试验），调整液面高度到规定位置（液面高度为距电池大盖上沿不得低于25mm），并使温度稳定在50±2℃，整个试验期间，蓄电池连接在14.8±0.05V恒定电压上。
将蓄电池固定在试验台上按下列条件进行振动试验：
a）振动方式：
垂直的正弦振动。
b）振动参数如表5所示：
c）频率扫描周期：
从8~35Hz到35~8Hz的整个频率范围内进行。
阶段
加速度（正负峰间值）
频率
持续时间
试验时间
1
9.8m/s2
8~15Hz
20s升和20s降
3h
2
19.6m/s2
15~25Hz
20s升和20s降
3
29.4m/s2
25~35Hz
20s升和20s降
试验时：
电流变化方式应连续，接线柱不应松动，电解液不得由顶部溢出。
振动72h后，保持的储备容量应大于等于首次容量的90%并且进行-18摄氏度冷起动试验时，端电压应符合表1规定。
7、贮存后的性能保持
7.1已充电蓄电池
试验如下：
a）将蓄电池按在水浴槽中存放56天，温度保持在38℃~42℃。
b）存放结束后，按2.1.3中的2.1步骤对蓄电池进行-18℃放电试验。
放电至10S时的蓄电池端电压，和放电至端电压降至7.2V时的持续时间应符合表规定。
7.2已放电蓄电池
本试验使用进行了两个准备循环和储备容量试验以及-18℃放电试验的蓄电池。
a）将蓄电池完全充电后，在蓄电池两端接10欧姆的电阻，在规定的环境温度下放置7天。
b）放置结束后，以14.8±0.1V的恒压给蓄电池充电48h，再以0.02低温放电电流的恒电流充电1小时。
c）按条规定做-18℃放电试验，其端电压应符合表1规定。
d）蓄电池进行完全放电、完全充电、然后以25±0.25A电流放电，至端电压降至10.5±0.05V时止，测记放电持续时间。
8、机械性能
8.1端子的抗扭矩性能试验
给每个接线柱施加15Nm扭矩，观察蓄电池的端子是否转动。
图3扭矩扳手的旋转方向
8.2耐冲击试验
在23±5℃温度条件下，蓄电池放于图4所示的装置上，落差为100mm。
蓄电池槽底部受到一直径为M8、高度为0.8d的普通螺母的冲击。
试验要在蓄电池槽底部的几个点上做，而且每个点上应重复5次以上。
观察蓄电池槽底部，不应有电解液的渗漏现象，螺母不应嵌入槽底部；螺母偶然深入槽底部产生的痕迹的深度，不应超过槽厚度的1/2。
图4耐冲击试验图
9、倾斜性能
电池依次沿X轴和Y轴方向倾斜成45°，在常温下各保持24h（包括所有四个方向）。
电池各部位不应出现漏酸现象。
10、水损耗性能
蓄电池按下述方法进行水损耗试验。
蓄电池完全充电后至少1h，将表面擦干。
在误差不超过0.05%的电子秤上称重，然后蓄电池在40℃±2℃环境中用14.40V±0.05V的电压连续充电500h。
然后将蓄电池擦干并重新称重，测量蓄电池重量损失，计算水损耗。
蓄电池的水损耗≤2g/Ah的蓄电池的总称
11、摇摆性能
本试验在专用的摇摆试验机（图5）上进行。
蓄电池完全充电后，保持在50±2℃的温度下，并在其两端施以14.8±0.05V的恒压，按下述条件进行试验：
a）循环的定义
1）方式：
围绕蓄电池的两个主轴纵横摇摆
2）从一个挡块到另一个挡块摇摆时间：
0.2s
b）试验总时间：
4h，平均分配到两个主轴上
c）频率：
12±2个周期/min
d）a角：
15°
e）固定：
用蓄电池槽底凸出部分刚性地固定在支架上
f）摇动装置的重量：
约15kg（不含蓄电池）
g）橡胶挡块的特性：
1）压缩刚度
780N/mm±100N/mm=80/（2300N压力下的压缩量－1500N压力下的压缩量）
2）阻尼系数：
3.5％～4.5％之间时，M＝1400N，H＝3mm
试验前，将蓄电池盖擦拭干净，用观察纸（牛皮纸类）覆盖，实验后检查试纸上有无电解液溅出。
图5摇摆试验装置示意图
11、耐压性试验
向受试蓄电池的每一单格内充入或抽出气体，使其内部气压与大气压力差为20kPa,观察压力的读数在15s内有无变动。
60s后，压力差是否小于2kPa。
以上具体的条款参照Q/SQR·04·075—2004，在技术协议签订时与供应商协定，并在图纸上体现。
2.2设计参数
2.2.1蓄电池系统的EBOM数据。
零件号
零件名称
备注
×××－3703000
电源系统
一级BOM
×××－3703010
蓄电池总成
二级BOM
2.2.2系统参数的计算和确定
2.2.2.1系统设计输入所需的基本参数
a、起动机的功率
b、蓄电池的额定电压
2.2.2.2系统输出参数
a、蓄电池的额定容量
b、起动电流
c、蓄电池的外形尺寸
d、蓄电池的重量
2.2.2.3参数的确认
蓄电池的额定容量：
可根据下式计算：
Q=k*n*P/（g*U）
式中Q——蓄电池的额定容量，单位Ah
P——起动机的功率，单位Kw
n——短路电流变化系数，见附表
g——蓄电池短路系数，见附表
U——蓄电池额定电压，单位V
k——系数，通常取5487
附表：
温度℃
20
0
-15
-35
n
2.0
1.88
1.80
1.70
g
20.0
15.1
11.8
5.9
另外还有一种经验算法：
Q=（610~840）*P/U
式中Q——蓄电池的额定容量，单位Ah
P——起动机的功率，单位Kw
U——蓄电池额定电压，单位V
一般可根据实际情况将系数做适当的调整。
低温起动电流的确定：
由于低温起动电流直接关系到起动机能否良好的起动，因此必须根据起动机的功率曲线作仔细的选择，一般蓄电池的低温起动电流应该大于起动机功率曲线图上功率最大点对应的起动电流。
如图：
设计流程图如下：
输
入ok
输
出
输
出
输
入
notok
2.3安装方式：
蓄电池主要有下固定和上固定两种固定方式：
下固定方式是在蓄电池的底座两边设计有燕尾槽，靠压板压在燕尾槽上。
下固定方式结构简单，零件少但牢固性较差。
上固定方式是在蓄电池的上部设计有一压板，托盘在蓄电池的上盖上，靠拉杆固定。
上固定方式零件较下固定方式多但它的牢固性比下固定方式要好。
具体采用哪一种固定方式还需根据实际所选的蓄电池规格而定
3、蓄电池的测试规范
蓄电池在批量生产前必须进行足够的验证，确保功能及可靠性的要求。
3.1测试内容
蓄电池必须经过如下测试：
1、尺寸测试
验证蓄电池的外形尺寸和安装尺寸；
2、台架测试
在模拟台架上考查蓄电池的储备容量、低温起动能力、充电接受能力、耐振动、机械性能、密封性、耐温性和耐腐蚀性试验；
3、三万公里路试
验证蓄电池的可靠性。
3.2测试方法，标准
1、尺寸测试：
按确认的图纸进行检测；
2、台架测试：
参考标准Q/SQR·04·075—2004相关条款执行。
如有特殊的，参考技术协议及相关的纪要。
3、三万公里路试：
根据整车试验规范执行。
4、图纸要求
4.1图纸主要内容和形式
所有装配组件均需有图纸，各部件图纸包括三维数据和二维数据。
图纸内容包括各组件的完整结构数据。
4.2图纸尺寸和公差要求
根据各尺寸的类别不同公差的要求也不同，公差可以参考GB/T1804。
4.3其他要求
a.图纸幅面要求符合提供标准图幅；
b.图样名称、图样代号符合给定清单；
c.字体大小按标准图幅默认设置；
d.材料、重量须标明；
e.重要、关键技术要求须写出，材料、表面处理、性能等相关标准应写出；
f.接插件护套、端子型号、供应商及其定义须标明；
g.图纸请按第一视角绘制；
h.视图数量能完全反映所有装配尺寸即可；
i.与整车其它部件直接装配的尺寸及公差须标注，尺寸标注样式按标准图幅默认设置；
j.总成图应能反映组成总成的零件、结构及装配关系，装配时需要加工的尺寸、极限偏差、表面粗糙度等，总成的技术要求等。
各级总成图中标注的尺寸应避免与零件图中标注的尺寸重复出现；
k.3D数据为UGt格式或CATIA格式，导出2D图面须符合我公司制图规范要求。
l.Autocad格式的图面必须符合《cad制图规范》要求。
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